孫阿明++劉靜

摘 要：低頻信號發(fā)生器結合貼有仿真的小音箱可以直觀地演示“音調與頻率的關系”，除此之外，利用此裝置還可以演示“聲音是由于物體的振動產(chǎn)生的”“聲音是一種波”等。

關鍵詞：演示實驗；音調；頻率；低頻信號發(fā)生器；音箱

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2015）5-0062-2

在初中物理“聲音的特性”的教學中，為了讓學生理解聲音的高低是由聲源的振動快慢決定的，教師要設法演示這樣的實驗現(xiàn)象：聲源振動快慢發(fā)生變化的同時，聲音的音調也會發(fā)生相應的變化。常用的演示方法有這樣幾種：（1）用硬紙片接觸不同轉動速度的發(fā)音齒輪；（2）用硬紙片（或金屬片）以不同的速度在梳子（或鋸條）上劃過；（3）先后撥動伸出桌邊不同長度的彈性尺……這些實驗在幫助學生理解音調與頻率的關系上起到了一定的作用，但都存在同樣的兩個問題：（1）由于聲源的振動頻率變化不大，學生感受到的音調變化不明顯；（2）由于人眼存在視覺暫留效應，學生很難直接觀察到聲源振動速度所發(fā)生的變化。教學中用這些演示實驗并不能給學生最直觀的感受。

演示實驗效果的好壞直接關系到學生對所學知識的信任度和理解。為了追求更好的演示效果，我們設計了一套實驗裝置，成功地對“音調”以及“音調與頻率的關系”進行了直觀演示，而且還能演示其他一些聲現(xiàn)象。

1 實驗器材

低頻信號發(fā)生器（EE1641C型），便攜式電腦小音箱，仿真蝴蝶（冰箱貼），BNC轉雙鱷魚夾線。

2 演示方法

2.1 演示聲音具有“音調”這一特性

如圖1所示，將仿真蝴蝶用膠水粘在音箱的紙盆上，用BNC轉雙鱷魚夾線將低頻信號發(fā)生器與音箱相連。通過低頻信號發(fā)生器的“頻率選擇”按鈕，使信號源的頻率在“10”、“100”、“1K”三個檔位之間進行切換。這時，音箱既可以發(fā)出低沉的聲音也可以發(fā)出尖銳的甚至是刺耳的聲音，音調變化十分顯著。由此，學生可以深刻地感受到聲音可高可低，具有“音調”這樣的特性。

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圖1 演示裝置

注意事項：實際上，在調節(jié)信號源頻率時，聲音的響度也會發(fā)生變化。為了將學生的注意力集中在音調的變化上，可以適當?shù)靥岣咭粝涞囊袅?，因為當聲強大?5 dB時，耳朵對各個頻率聲音的靈敏度基本上相等。

2.2 演示“音調與頻率的關系”

將低頻信號發(fā)生器的頻率檔位選擇在“10”，轉動“頻率微調”旋鈕，對信號源頻率進行連續(xù)調節(jié)，可以觀察到：蝴蝶振動速度發(fā)生變化的同時，聲音的音調也發(fā)生了變化。蝴蝶振動加快，音調變高；振動變慢，音調變低。這樣的實驗現(xiàn)象強化了學生的直觀感受，為學生作出合理猜想和進一步的實驗檢驗奠定了基礎，也有利于學生“頻率”概念的建立。

注意事項：一定要在“低頻”檔對信號進行“連續(xù)”調節(jié)。聲音控制在低頻是為了人眼能夠觀察到振動，對信號頻率進行連續(xù)調節(jié)可以使音調以及振動速度的變化更易察覺。

3 演示用途拓展

此套裝置除了可以很好地演示“音調與頻率的關系”外，還可以演示其他一些聲現(xiàn)象，而且效果也相當不錯。

3.1 演示“聲音是由于物體的振動產(chǎn)生的”

音箱發(fā)出聲音的同時，蝴蝶也在振動，音箱不發(fā)聲，蝴蝶振動停止。借助于這一現(xiàn)象，學生可以猜想到：聲音可能是由于物體的振動產(chǎn)生的。

3.2 演示“聲音是一種波”

如圖2所示，將點燃的蠟燭放在音箱前，在頻率較低的情況下，可以清楚地看到燭焰周期性的來回晃動，借助于此實驗現(xiàn)象，教師可以引出“聲波”的概念。

3.3 演示“響度與振幅的關系”

如圖3所示，在小音箱的喇叭口置一透明容器，將橡皮泥捏成的小球放在音箱的紙盆上，調節(jié)音箱的音量，可以控制小球的彈跳高度。小球的重量較輕，在不同響度的聲音下，小球振動幅度的變化較為明顯，這一現(xiàn)象可以演示響度與聲源的振動幅度的關系。

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圖2 演示“聲音是一種波” 圖3 演示“響度與振幅的關系”

3.4 演示“次聲波” 和“超聲波”

從“0”到“10M”順次切換低頻信號發(fā)生器的頻率檔位，可以發(fā)現(xiàn)人耳并不是所有頻率的聲音都能聽到。借助這一現(xiàn)象，教師可以引出“超聲波”和“次聲波”的概念。

以上介紹的演示實驗，現(xiàn)象新奇、直觀，在激發(fā)學生學習興趣的同時能幫助學生理解所學的概念，希望能為教師們的實際教學提供些許參考。

參考文獻：

[1]顧建軍.做聲學演示實驗的幾個小竅門[J].物理教師，2009，（2）：4.

[2]徐成華.對“探究音調和頻率的關系”演示實驗的改進建議[J].物理教學探討，2013，（1）：26.

（欄目編輯 王柏廬）